面向正面碰撞的微型汽車前縱梁結構設計與研究.pdf

1、近年來，隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，微型汽車在我國的銷量逐年攀升。與普通乘用車不同的是，微型汽車前部車身較短，這種車身結構使得其正面碰撞安全性設計具有更大的難度。前縱梁結構是汽車正面碰撞過程中主要的吸能構件，且前縱梁的吸能效率與其結構設計密切相關，其結構設計的合理性直接關系到微型汽車正面碰撞安全性能。雖然對于前縱梁結構設計的研究已經(jīng)比較豐富，但是目前的研究大都沒有對前縱梁壓潰過程中出現(xiàn)的結構失效進行深入分析，并且鮮有將前縱梁結構設計與安全性

2、優(yōu)化結合起來的研究。本文在總結前人研究的基礎上，針對前縱梁結構的壓潰變形模式以及失效形式進行了深入研究，并提出相應的結構設計方法，利用這些設計方法對目標車型的前縱梁結構進行了優(yōu)化設計，實現(xiàn)微型汽車正面碰撞安全性能的提升。
　　圍繞正面碰撞安全性這一主題，本文主要開展了下面幾方面研究：
　　(1)基于車身加速度波形分析前縱梁結構對正面碰撞安全性的影響
　　基于能量守恒定律將某微型汽車正面碰撞波形等效簡化為雙臺階波形，并利

3、用車輛—乘員系統(tǒng)動力學模型獲得了簡化前后的波形對應的乘員傷害值，驗證了簡化方法的合理性。隨后在保持防火墻侵入量不變和保持二階加速度不變兩種條件下，利用分組對比的方法分析了正面碰撞過程中前艙結構強度(一階加速度幅值)對于乘員安全的影響。最后針對微型汽車的特點，分析了前縱梁結構設計對于正面碰撞安全性的影響，并提出后續(xù)前縱梁結構的研究目標。
　　(2)利用數(shù)值方法研究結構參數(shù)對于焊接超單元壓潰特性的影響
　　在傳統(tǒng)的超單元理論基礎

4、上，針對焊接型薄壁梁的結構特點以及其與閉口薄壁梁之間的區(qū)別，提出了焊接超單元結構。利用數(shù)值模擬的方法，對焊接超單元中不同結構參數(shù)對于其壓潰特性的影響進行了分析，分析結果顯示，焊接超單元中薄壁部分的棱邊角度對于壓潰特性的影響非常顯著，并且焊接邊寬度對于其壓潰失效的改善作用也很明顯，對于焊接超單元中兩部分的不同厚度組合也進行了研究。在對比分析的過程中，發(fā)現(xiàn)焊接超單元的變形模式與傳統(tǒng)超單元之間存在一些差別，并挑選樣本進行了對比分析，對比結果驗

5、證了作者的預測。對于引起這種現(xiàn)象的原因，通過理論公式進行了嘗試性的分析。
　　(3)前縱梁結構設計方法研究和驗證
　　基于動態(tài)落錘試驗，以傳統(tǒng)的單、雙帽形截面薄壁梁的壓潰特征進行分析。結合超單元理論推導以及對結構失效的原因分析，歸納出改進結構設計的一系列方法，包括結構失效的改進和吸能效率的提升。針對焊點撕裂、焊接邊內陷以及局部彎折等結構失效形式，提出了相應的改進方法，并通過試驗進行了驗證。對于誘導結構的布置方法進行了研究，包

6、括其對變形形式和吸能效率的影響，發(fā)現(xiàn)合理布置誘導槽可以有效改善焊接型薄壁梁的壓潰特征。為了尋求提升前縱梁吸能效率的有效途徑，對加強板的設置方法進行了分析，發(fā)現(xiàn)在設置加強板時，增加截面超單元數(shù)量 n，并縮小單個超單元邊長 c可以顯著地提升吸能效率的同時改善結構的穩(wěn)定性。
　　(4)目標車型前縱梁結構改進以及耐撞性優(yōu)化設計
　　利用前縱梁結構設計方法對目標車型前縱梁結構進行改進設計，并結合邊界拉丁超立方、最小二乘支持向量回歸法、